Лекция (4.4.5.А дополнительная)

4.4.5.А. Пожарная безопасность химических процессов Пожарная опасность эндотермических процессов

Под эндотермическими понимают химические процессы, которые сопровождаются поглощением тепла.

Эндотермические химические процессы широко применяются для получения высококачественных моторных топлив, масел, ароматических углеводородов и других веществ.

Эндотермические химические процессы имеют повышенную пожарную опасность, так как они связаны с применением в качестве сырья горючих веществ и их переработка происходит при высоких температурах.

В химической промышленности используется большое количество различных эндотермических процессов, однако они все связаны с изменением структуры молекул исходного вещества в результате подвода тепловой энергии извне. К основным эндотермическим химическим процессам относятся такие, как: крекинг, пиролиз, дегидрирование.

В технологии под понятием крекинга подразумевают расщепление молекул средних и тяжелых углеводородов, таких которые могут разлагаться при температуре около 500 ^оС.

Крекинг

Особенности каталитического крекинга:

- химический процесс сопровождается не только расщеплением, но и перестройкой атомов в молекулах исходного вещества: образуются изомеры;

- как правило, в качестве сырья берутся более легкие углеводороды, чем при термическом крекинге.

Чтобы в промышленных условиях осуществить проведение этих реакций, необходимо обеспечить нормальные условия их протекания. Для этого используется подготовительная стадия, которая связана с очисткой исходного сырья от примесей, подогревом и созданием рабочего давления. После проведения химического процесса получается смесь продуктов реакции, которые необходимо разделить.

Пиролиз аналогичен термическому крекингу, но:

- в качестве сырья используют более легкие углеводороды с 5,4,3-мя атомами углерода.

- применяется более жесткий температурный режим (t>800^оС) и более высокое давление (Р=1,2…1,6 МПа).

Пиролиз

Дегидрирование – химический процесс отщепления от молекулы углеводорода водородного атома.

Дегидрирование

Получение ароматических углеводородов

Особенности пожарной опасности эндотермических процессов:

1. Наличие в качестве сырья средних и тяжелых фракций углеводородов.

2. Химические процессы протекают при высоких температурах (t_раб=500^оС>t_свс).

3. Возможность взрывов в реакторах.

4. Эрозионный износ стенок аппаратов под воздействием катализаторов.

5. Прогар змеевиков.

6. Проявление температурных напряжений.

7. Возникновение водородной коррозии.

8.Образование полимерных отложений, если процесс связан непредельных углеводородов.

Пожарная опасность экзотермических процессов

Экзотермические процессы представляют собой химические процессы, сопровождающиеся выделением тепла.

Экзотермические химические процессы используются для получения сырьевых продуктов и полупродуктов, применяемых при производстве синтетических смол. К основным экзотермическим химическим процессам относятся такие, как: гидрирование, гидрохлорирование, полимеризация, поликонденсация.

Гидрирование (восстановление водородом) представляет собой реакцию непосредственного присоединения газообразного водорода к углеродосодержащим веществам.

Гидрирование

В качестве сырья в таких реакциях часто используется ЛВЖ и ГЖ. Для увеличения выхода целевого продукта требуется большой избыток водорода (соотношение сырья с водородом принимают 1:300 и более). Эти реакции характеризуются очень жестким температурным режимом и давления, а также связаны с применением катализаторов. В качестве катализаторов используются часто Ni или Ni + Al₂O₃ в виде порошка или гранул. Типичным примером является реакция получения циклогексана из бензола.

Гидрохлорирование – химический процесс присоединения хлористого водорода к органическим веществам.

Гидрохлорирование

В общем случае реакция гидрохлорирования характеризуется следующими признаками:

- использование в качестве сырья газов или жидкостей, с обязательным применением в качестве второго компонента хлористого водорода или соляной кислоты;

- использование в качестве катализаторов веществ, обладающих сильными корродирующими свойствами;

- применением высоких температур, но сравнительно малых давлений;

- экзотермичностью процесса.

Под полимеризацией понимается такой химический процесс, когда большое количество одиночных молекул мономеров, при соответствующих условиях, соединяются в макромолекулы полимеров в результате разрыва двойных связей.

Полимеризация

Под поликонденсацией понимается такой химический процесс, когда большое количество одиночных молекул мономеров, при соответствующих условиях, соединяются в макромолекулы полимеров в результате конденсации многих молекул, который сопровождается выделением простых веществ (Н₂О, СО₂, НCl и т.п.).

Поликонденсация

Полимеризация

осуществляемая

в чистом мономере в эмульсии в смеси с растворителем

вид полимеризации

блочная латексная суспензионная в растворе

Рис. 1. Классификация процессов полимеризации

Процесс блочной полимеризации происходит в массе чистого мономера, но это не исключает введение в мономер инициаторов, стабилизаторов, красителей. Однако их количество очень мало по сравнению с мономером и они сильно не изменяют условия проведения процесса.

Блочная полимеризация проводится при сравнительно невысоких температурах (от 270 до 370 ^оС). Смола при таких температурах получается в виде расплава, который пропускается через фильеры для равномерного и быстрого охлаждения в водяной ванне. Охлажденный полимер измельчается на гранулы для удобства дальнейшей его переработки.

Полимеризация, осуществляемая в эмульсии.

В процессе полимеризации мономер находится в тонкораздробленном состоянии в водной среде в виде эмульсии. Для ускорения полимеризации применяют инициаторы. Для придания полимеру различных качеств используют другие добавки (красители, умягчители т.п.).

Полимеризация в эмульсии может протекать по-разному:

1. Если использовать инициаторы, которые растворяются в воде, то полимеризация протекает в основном в водной фазе. В результате получается латекс – мельчайшие частицы полимера в эмульсии. Такая полимеризация называется латексной.

2. Если использовать инициаторы, хорошо растворимые в мономере, то полимеризация протекает в раздробленных каплях мономера. В результате полимер получается в виде бисера, взвешенного в водной фазе (система называется суспензионной). Такая полимеризация называется суспензионной.

Полимеризация в растворе.

Процесс проводится в среде растворителя, растворяющего мономер и полимер или только мономер. Продукт полимеризации представляет собой раствор полимера в виде лака. В качестве растворителей применяются, как правило, органические жидкости, такие как бензин, бензол, циклогексан и др.

Особенности пожарной опасности экзотермических процессов:

1. Наличие в качестве сырья горючих газов, легковоспламеняющихся

и горючих жидкостей.

2. Химические процессы протекают при высоких рабочих давлениях.

3. Возможно нарушение режима теплообмена вследствие загрязнения

теплообменной поверхности.

4. Возможно нарушение герметичности вследствие коррозии стенок

реакторов.

5. При осуществлении химических процессов применяются

пожаровзрывоопасные инициаторы (перекиси, гидроперекиси)

и катализаторы (металлоорганические соединения).

6. Для обеспечения заданного температурного режима применяют горючие теплоносители (высокотемпературные органические теплоносители, сжиженные газы).

7. Возможно образование на стенках аппаратов полимерных отложений.